3D-tulostuksen uudet mahdollisuudet: Tähtien välinen siirtyminen ja avaruuden kehitys

3D-tietotekniikkaa hyödyntäen rakennusaineiden lisäaineiden valmistustekniikka kerrostamalla materiaaleja kerrostuu yhä enemmän avaruuslaitteiden valmistuksen eturintamaan. Tutkijat uskovat, että 3D-tulostus voi merkittävästi nopeuttaa maanalaisen avaruuden kehitystä. Kuinka optimoida" avaruuden valmistus" 3D-tulostimien ja parantaa tulostettujen osien turvallisuutta? Kuinka käyttää uusia tekniikoita ultrakevyiden optisten järjestelmien luomiseen nanosatelliiteille? Venäjän yliopistojen tutkijat (GG: n jäsenet; 5-100" projektia) esittelivät uusinta kehitystään.

Yksi uuden menetelmän tärkeimmistä eduista on, että 3D-tulostin voi korvata suuren määrän laitteita perinteisessä tehtaassa. Marraskuussa 2020 Forbes-aikakauslehti sisällytti lisäaineiden valmistustekniikan (latinankielisestä additivus-addista) luetteloon viidestä vallankumouksellisesta uudesta tekniikasta, jotka ansaitsevat yrittäjien huomion. Artikkelin kirjoittaja huomautti, että lisäaineiden valmistustekniikka tuo valtavia etuja ilmailuteollisuudelle. Tällä alalla tuotteen paino on yleensä tärkein kuljetuskustannuksiin vaikuttava tekijä.

Avaruus 3D-tulostus voi merkittävästi nopeuttaa maan ulkopuolisen tilan kehitystä; lisäaineiden valmistustekniikka on myös aktiivisesti tunkeutumassa rakettiteollisuuteen.

Crew Dragon -avaruusaluksen ja Falcon 9 -raketin laukaisuun osallistuneiden astronauttien Robert Baconin ja Doug Hurleyn kypärät räätälöitiin 30. toukokuuta 2020 3D-tulostustekniikalla.

SpaceX Aerospace Corporationin johtaja Elon Musk sanoi, että 3D-tulostusta käyttämällä voidaan valmistaa kestäviä korkean suorituskyvyn moottorin osia, ja käytetty aika ja rahat ovat vain pieni osa perinteisten valmistusmenetelmien käyttöä. Vuonna 2014 SpaceX oli jo valmistanut ensimmäisen 3D-painetun komponentin.

GG quot; Sininen alkuperä" ilmailu- ja avaruusteollisuusyritys Jeff Bezos käyttää lisäainevalmistustekniikkaa BE-4-moottorin komponenttien tulostamiseen. Nuoret rakettiyritykset Yhdysvalloista (Relativistic Space) ja Iso-Britannia (Obex) aikovat myös hyödyntää täysimääräisesti 3D-tulostimien mahdollisuuksia.

Paranna 3D-komponenttien turvallisuutta

Samanaikaisesti 3D-tulostettujen komponenttien pienimmätkin viat ovat välttämättömiä luotujen laitteiden turvallisuuden kannalta. MISIS-tutkijat (NUST MISIS) pystyivät parantamaan alumiinin 3D-tulostustekniikkaa ja lisäämään tuotteen kovuutta 1,5 kertaa.

NUST MISIS -tutkijat uskovat, että tällaisten vikojen suurin riski on materiaalin korkea huokoisuus, yksi syy on alkuperäisen alumiinijauheen ominaisuudet. Sen varmistamiseksi, että painetun tuotteen mikrorakenne on tasainen ja tiheä, tutkijat ovat ehdottaneet menetelmää hiilinanopuukujen lisäämiseksi alumiinijauheeseen materiaalin alhaisen huokoisuuden varmistamiseksi ja kovuuden lisäämiseksi 1,5 kertaa. Tutkimustulokset julkaistaan ​​julkaisussa" Composites Communications" aikakauslehti.

NUST MISIS -yliopiston professori Alexander Gromov sanoi: Hiilen nanokuiduilla on korkea lämmönjohtavuus, mikä auttaa minimoimaan lämpötilagradientin painokerrosten välillä selektiivisen lasersulatusvaiheen aikana tuotteen synteesiprosessin aikana. Siksi materiaali Mikrorakenteen epähomogeenisuus voidaan eliminoida melkein kokonaan."

Käytetyt hiilinanokuidut ovat öljykenttään liittyvän kaasun käsittelyn sivutuote. Katalyyttisen hajoamisprosessin aikana hiili kerääntyy nanokuitujen muodossa katalyytin dispergoimiin metallihiukkasiin. Tutkijat huomauttivat myös, että siihen liittyvä kaasu on yleensä GG-ilmaa; ilmaa ja polttaa GG-ilmausta; öljy- ja kaasukentillä aiheuttaen haittaa ympäristölle, joten tämän uuden menetelmän käytöllä on tärkeä merkitys ympäristönsuojelulle.

Optimoi" Space Manufacturing"

Elon Musk ja muut asiantuntijat ovat vakuuttuneita siitä, että 3D-tulostus voi auttaa tulevaa avaruuden kehitystä, kuten Marsin asuttamista.

Selviytyäkseen Marsilla sinun on pystyttävä aloittamaan tuotanto siellä ja käytettävä parhaiten paikallisia materiaaleja. 3D-tulostinta voidaan käyttää perustan rakentamiseen ja asuinympäristön rakentamiseen siellä.

Jopa nyt kansainvälisen avaruusaseman (ISS) työssä materiaalien hankintaongelma on edelleen vakava, ja seuraavan rahtialuksen astronauttien on odotettava useita kuukausia. Joskus tärkeät pienet osat ovat vahingoittuneet tai kadonneet, esimerkiksi sähkökontaktin muovitulppa menetetään usein. Tässä tapauksessa 3D-tulostimet voivat ratkaista tämän ongelman tulostamalla muovituotteita avaruuteen. Tulevaisuudessa tähtienvälisillä lennoilla saatavuusongelmat kärjistyvät ja tällaisten tulostimien kysyntä väistämättä kasvaa.

Vuonna 2016 NASA tilasi Made in Space -asennuksen asentamaan pysyvän 3D-tulostimen kansainväliselle avaruusasemalle tuottamaan työkaluja, laitteita ja kaikkea muuta, mitä astronautit tarvitsevat. Myöhemmin eräät eurooppalaiset, kiinalaiset ja muut yritykset ilmoittivat myös vastaavien koneiden valmistuksesta.

3D-tulostimen kehittänyt tutkija, Tomskin teknillisen yliopiston (TPU) tutkija, sanoi, että Venäjällä tuotettu 3D-tulostin tulee avaruuteen vuonna 2021. Sen etuna on edistyneempi modulaarinen järjestelmä, joka pystyy toteuttamaan laitteiden päivitykset ja ylläpidon. Siksi, kun 3D-tulostusmateriaalit siirtyvät yksinkertaisista muoveista päällirakenteisiin tai komposiittimateriaaleihin, insinöörien ei tarvitse rakentaa uusia tulostimia amerikkalaisten kollegoidensa tapaan tänään ja toimittaa ne sitten ISS: lle.

TPU&# 39: n modernin tuotantoteknologian tieteen ja tuotantolaboratorion johtaja Vasily Fedorov sanoi:" Nyt 3D-tulostimen työn asettelu on viimeisessä vaiheessa. ISS: ään lähetetyt laitteet kestävät tiukasti koneita, säätä ja muita kuormia. Vaatimus. Lisäksi varmistetaan, että 3D-tulostin on ehdottomasti turvallinen astronauteille. Nyt kaikki tämä on tarkastuksessa, ja on tehty useita testejä ja tarkastuksia. Samanaikaisesti erityisesti tulostinta varten määritettyä ohjelmistoa on parannettu."

Luo ultrakevyitä optisia järjestelmiä nanosatelliiteille

3D-tulostuksen mahdollisuus antaa Samaran yliopiston tutkijoille mahdollisuuden luoda ainutlaatuinen ultrakevyt optinen järjestelmä difraktiivisella optiikalla varustetuille nanosatelliiteille. Tutkijoiden mukaan tämä on maailman ensimmäinen&# 39: n linssi diffraktiivisella optiikalla avaruuteen.

Optisen järjestelmän ydin on yliopistossa kehitetty tason diffraktiolinssi, jolla on ainutlaatuisia ominaisuuksia. Tähän linssiin perustuva linssi korvaa nykyaikaisen pitkän kantaman linssin linssijärjestelmän, ja sen ominaisuudet ovat kevyt (alle 100 gramman painavien optisten komponenttien kanssa) ja pieni koko.

Linssillä on innovatiivinen bionisen muotoinen kuori ja se on suunniteltu parhaalla tekniikalla painon minimoimiseksi säilyttäen samalla lujuusominaisuudet. Avaruusaluksen komponenttien monimutkainen ulkoinen muoto ja sisäinen rakenne on 3D-painettu SLM280HL-selektiivisillä laserfuusiolaitteilla.

Tutkijoiden mukaan komponenttien painon vähentämiseksi mahdollisimman suuressa määrin sen sisäisessä rakenteessa on tehty topologian optimointi, jonka seurauksena on lisätty erityisiä hunajakennolohkoja. Kappaleen koko on 70 × 80 × 100 mm. Lisäaineiden valmistustekniikan käytöstä johtuen sen paino on noin 40% kevyempi kuin vastaavilla perinteisillä menetelmillä valmistetuista osista.

Samaran yliopiston moottorituotantotekniikan opetus- ja tutkimusosaston apulaisprofessori Vitaly Smailov sanoi:" Linssikuori on valmistettu AlSi10Mg-alumiiniseosjauheesta. Venäjällä tuotetulla seoksella on hyvä maine sekä Venäjällä että ulkomailla. Ilmailu- ja ilmailualalla paino on tärkein ominaisuus, ja teollisuus on yrittänyt vähentää tätä indikaattoria."

Tutkijat suorittivat alkuperäisen rakenteen monivaiheisen topologian optimoinnin, saivat ja analysoivat useita muotoja.

Samaran yliopiston tutkija Anton Agapovich sanoi:" Olemme tehneet yhteistyötä CADFEM CIS -opologian optimoinnin ja lisäaineiden valmistustekniikan asiantuntijoiden kanssa ja tehneet paljon työtä saadaksemme uudentyyppisen rakenteen vastaamaan maailman ilmailuteollisuuden tarpeet Nykyaikaiset vaatimukset."

Tutkijoiden mukaan samanlaiset tuotteet, kuten CubeSat Gecko Imager (Gecko Imager) -linssi, maksavat 23 000 euroa, ja niiden kehittämän optisen järjestelmän hinta on paljon alhaisempi.

GG "5-100 GG"; kansallisen GG: n puitteissa toteutettu suunnitelma; Hankkeen tavoitteena on auttaa venäläisiä yliopistoja lisäämään tieteellistä tutkimuspotentiaaliaan ja parantamaan kilpailuasemaansa globaaleilla koulutuspalvelumarkkinoilla.